EP0546210B2 - Procédé et dispositif pour le traitement thermique de pièces coulées - Google Patents

Procédé et dispositif pour le traitement thermique de pièces coulées Download PDF

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EP0546210B2
EP0546210B2 EP19910121229 EP91121229A EP0546210B2 EP 0546210 B2 EP0546210 B2 EP 0546210B2 EP 19910121229 EP19910121229 EP 19910121229 EP 91121229 A EP91121229 A EP 91121229A EP 0546210 B2 EP0546210 B2 EP 0546210B2
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casting
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Consolidated Engineering Co Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00—Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots
    • B22D29/001—Removing cores
    • B22D29/003—Removing cores using heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D31/00—Cutting-off surplus material, e.g. gates; Cleaning and working on castings
    • B22D31/002—Cleaning, working on castings

Definitions

  • An apparatus and a method for heat treating metal castings of the above-referenced type are known from JP-A-58-25860, upon which the preambles of claims 1 and 19 are based, and JP-A-59-219410.
  • methods and apparatus for manufacturing hollow metal castings such as cylinder heads, engine blocks, and the like are well known.
  • Conventional prior art processes for manufacturing aluminum castings typically employ a cast iron "flask-type" mold having the exterior features of the block formed on the interior walls of the mold.
  • a sand core, premolded from a mixture of sand and an organic binder and having interior features of the casting formed on by its exterior surface, is placed within the mold. The mold is then filled with molten aluminum alloy.
  • Fig. 1 shows an apparatus 10 for heat-treating and aging metal castings according to the present invention.
  • the metal castings are cylinder heads which are cast from an aluminum alloy in a conventional manner.
  • the casting process is well known to those skilled in the art and comprises no part of the present invention. Accordingly, the casting process will be described only briefly.
  • the quench tank 12 At the downline end of the heat treating furnace is the quench tank 12.
  • the capacity of the quench tank 12 is a function of the size and number of workpieces being immersed at a single time, the specific heat of the alloy comprising the workpieces, and the temperature to which the workpieces have been heated.
  • the quench tank 12 should hold sufficient water that the immersion of a load of workpieces into the tank will raise the temperature of the water by no more than 10°F. In the disclosed embodiment, this requirement is met by a quench tank 12 having a capacity of 4,000 gallons of water.
  • the vibratory sand dryer 80 is of conventional design and therefore is shown in the drawings only schematically.
  • the sand dryer 80 includes a vibrating, rotating 150 mesh screen which permits water but not particulate matter larger than 150 mesh to pass through the screen. Particulate matter too large to pass through the screen openings is vibrated off onto the sand conveyor 59 . Water which passes through the screen falls into a collector beneath the screen. The collector in turn is in fluid communication with a 30 gallon holding tank, which is periodically emptied into the quench tank 12 .
  • the burners 18 are not adjusted to provide the excessive amount of air required by zones 16B and 16C . Since there is not the excessive amount of air which must be heated, the burners in those zones where less combustion occurs can operate more efficiently than if the higher volume of air were provided to all zones of the furnace.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Claims (32)

  1. Appareil (10, 110) pour le traitement thermique d'une pièce métallique moulée comportant un noyau de sable et de régénération respectivement récupération de sable provenant du noyau de sable, ledit noyau de sable étant constitué par du sable aggloméré à l'aide d'un liant, le noyau de sable définissant une cavité dans la pièce moulée et l'appareil comprenant les éléments suivants:
    un four (11, 111) comportant une chambre de traitement (15) pour recevoir la pièce moulée;
    un moyen de chauffage (18) pour réchauffer la chambre de traitement (15, 130) jusqu'à une température suffisant pour le traitement thermique de la pièce moulée et pour la combustion du liant contenu dans le noyau de sable conduisant au détachement de parties du noyau de sable,
    un moyen à flux d'air (44) pour diriger un courant d'air sur la pièce moulée pendant que celle-ci se trouve dans le four (11, 111), afin de balayer partie du sable de ladite pièce moulée,
    caractérisé en ce que l'appareil comprend par ailleurs:
    un moyen de retenue (52) pour retenir les morceaux du noyau de sable se détachant de la pièce moulée avant que le liant contenu dans celles-ci soit brûlé, le moyen de retenue (52) étant en communication thermique et gazeuse avec le four (11, 111) et soutenant de façon décisive la combustion totale des morceaux du noyau de sable se détachant de la pièce moulée avant que le liant qu'ils contiennent ne soit brûlé.
  2. Appareil selon la revendication 1, comprenant par ailleurs un moyen (52) pour dégager les morceaux du noyau de sable auparavant retenus après combustion suffisante du liant qu'elles contenaient.
  3. Appareil selon la revendication 2 dans lequel les morceaux dégagés sont réduits à une taille de moins de 0,63 cm (1/4 inch).
  4. Appareil selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, le moyen de retenue comprenant au moins un tamis (52).
  5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, comprenant par ailleurs un moyen à chicanes (53) disposé en dessous du moyen de retenue (52) pour amener les morceaux du noyau de sable dégagés depuis le moyen de retenue (52) à tomber sur le moyen à chicanes (53).
  6. Appareil selon la revendication 5 dans lequel le moyen à chicanes (53) comprend au moins une chicane prévue sous forme de V inversé.
  7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précécentes dans lequel le moyen à flux d'air (44) est multidirectionnel pour diriger, à partir d'une multitude de directions, des courants d'air sur la pièce moulée pendant que celle-ci se trouve dans le four (11, 111), afin de balayer du sable depuis la pièce moulée.
  8. Appareil selon la revendication 1 ou 7, comprenant par ailleurs des moyens (44, 46) pour diriger un courant d'air sur les morceaux du noyau de sable retenus afin d'appuyer la combustion du liant contenu dans celles-ci.
  9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant par ailleurs une sole (34) pour supporter la pièce moulée dans le four (11).
  10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 9 ou des revendications 4 et 9, le moyen de retenue (52) étant disposé au-dessous de la sole (34).
  11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la sole (34) comprend au moins un moyen (36) pour acheminer la pièce moulée à travers le four (11).
  12. Appareil selon la revendication 11, comprenant par ailleurs un moyen (46) pour faire varier la direction selon laquelle le courant d'air est dirigé sur la pièce moulée lorsque celle-ci traverse le four (11).
  13. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant par ailleurs un moyen (23) pour régler la teneur en oxygène à l'intérieur du four (11, 111) afin d'optimiser la combustion du liant.
  14. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, le four (11) étant divisé en une pluralité de zones (16A-H) décalées dans l'espace les unes par rapport aux autres.
  15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 13 et 14 dans lequel le moyen (23) pour régler la teneur en oxygène à l'intérieur du four (11, 111) approvisionne 13 à 17 % d'oxygène aux zones (16B, 16C) dans lesquelles se produit la majeure partie de la combustion du liant et 10 à 13 % d'oxygène aux zones (16A, 16D-H) dans lesquelles il n'y a pas de combustion majeure du liant.
  16. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant par ailleurs un moyen (50) pour recueillir les morceaux du noyau de sable s'étant détachés de la pièce moulée après combustion quasi complète du liant auparavant contenu dans ceux-ci.
  17. Appareil selon la revendication 16, comprenant par ailleurs un moyen de transfert (58) pour évacuer les morceaux du noyau de sable retenus du four (11).
  18. Appareil selon la revendication 11, le moyen de transfert (36) acheminant la pièce moulée le long d'un trajet (26, 28) à travers la pluralité de zones (16AH).
  19. Procédé de traitement thermique d'une pièce métallique moulée comportant un noyau de sable et de récupération de sable provenant du noyau de sable, ledit noyau de sable comportant des particules de sable liées entre elles par un liant, le noyau de sable définissant une cavité à l'intérieur de la pièce moulée, le procédé comportant par ailleurs les étapes suivantes:
    introduction d'une pièce moulée contenant encore au moins en partie le noyau de sable dans un four (11, 111), celui-ci (11, 111) comprenant une chambre de traitement (15, 130),
    traitement thermique de la pièce moulée à une température suffisant pour brûler le liant contenu dans le noyau de sable pendant que la pièce moulée se trouve dans la chambre de traitement (15, 130), ce qui conduit au détachement de parties du noyau de sable,
    direction d'un courant d'air sur la pièce moulée pendant que celle-ci se trouve dans le four (11, 111) afin de balayer partie du sable de ladite pièce moulée,
    caractérisé par les étapes suivantes:
    récupération d'au moins une certaine quantité de sable de parties des morceaux du noyau de sable détachés à l'aide d'un moyen de retenue (52) à l'intérieur du four (11, 111), le moyen de retenue (52) étant en communication thermique et gazeuse avec la zone (15, 130) de traitement thermique, la récupération étant obtenue par la combustion complémentaire de liant dans au moins partie des morceaux détachés du noyau de sable.
  20. Procédé selon la revendication 19, le four (11) étant divisé en une pluralité de zones (16A-H) décalées dans l'espace les unes par rapport aux autres, le procédé comprenant par ailleurs une étape de transfert de la pièce moulée le long d'un trajet (26, 28) à travers la pluralité de zones (16A-H).
  21. Procédé selon la revendication 19 ou 20, l'étape de récupération comprenant l'étape de retenue des morceaux du noyau de sable se détachant de la pièce moulée avant que le liant qu'ils contiennent ne soit brûlé, ce qui conduit à la combustion du liant contenu encore dans les morceaux du noyau de sable retenus.
  22. Procédé selon la revendication 21, l'étape de retenue se faisant à l'intérieur du four (11, 111).
  23. Procédé selon la revendication 21, l'étape de retenue comprenant par ailleurs une étape de direction d'un courant d'air sur les morceaux du noyau de sable retenus afin d'appuyer la combustion du liant.
  24. Procédé selon la revendication 21, l'étape d'introduction de la pièce moulée dans le four (11, 111) ayant lieu avant toute agitation mécanique éventuelle devant servir à évacuer des morceaux plus encombrants du noyau de sable depuis la pièce moulée, une agitation mécanique servant à évacuer le noyau de sable étant ainsi évitée.
  25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 24, l'étape de récupération comprenant par ailleurs l'étape de mise à disposition d'une atmosphère oxygénée, cette étape comprenant encore les étapes d'approvisionnement d'une quantité d'oxygène plus élevée aux zones (16B,C) de la pluralité de zones réchauffées (16) traversées plus tôt par la pièce moulée et d'approvisionnement d'une quantité d'oxygène moins élevée aux zones (16D-H) de la pluralité de zones réchauffées (16) traversées plus tard par la pièce moulée.
  26. Procédé selon la revendication 25, l'étape d'approvisionnement d'une quantité d'oxygène plus élevée comprenant une étape de réglage de la teneur en oxygène à l'intérieur du four (11) pour amener 13 à 17 % d'oxygène aux zones (16B,C) de la pluralité de zones réchauffées (16) traversées plus tôt par la pièce moulée, et l'étape d'approvisionnement d'une quantité d'oxygène moins élevée comprenant une étape de réglage de la teneur en oxygène à l'intérieur du four pour amener 10 à 13 % d'oxygène aux zones (16D-H) de la pluralité de zones réchauffées (16) traversées plus tard par la pièce moulée.
  27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 26, l'étape de retenue comprenant par ailleurs les étapes de mise à disposition d'un tamis (52) à l'intérieur du four (11,111) au-dessous de la pièce moulée, le tamis (52) présentant des mailles n'étant d'une part suffisamment grandes pour permettre le passage des morceaux du noyau de sable dépassant une taille prédéterminée, mais d'autre part suffisamment grandes pour permettre le passage de morceaux du noyau de sable ayant la taille prédéterminée, recueil sur le tamis (52) des morceaux du noyau de sable dont la taille dépasse la taille prédéterminée pour permettre au liant encore présent dans ces morceaux d'être brûlé davantage et dégagement des morceaux du noyau de sable recueillis après que la combustion de ladite quantité de liant contenue auparavant dans ceux-ci soit terminée pour les rendre suffisamment petits pour passer par le tamis (52).
  28. Procédé selon la revendication 27, le tamis étant un tamis à maille de 0,63 cm (1/4 inch), la maille prédéterminée étant de 0,63 cm (1/4 inch).
  29. Procédé selon la revendication 27, les morceaux du noyau de sable ayant passé le tamis (52) tombant dans une trémie de collecte (50) prévue à l'intérieur du four (11, 111).
  30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 29, celui-ci comprenant une étape de direction, à partir d'une multitude de directions, de l'atmosphère oxygénée sur la pièce moulée pendant que celle-ci se trouve dans le four (11, 111), afin d'enlever des morceaux du noyau de sable de la pièce moulée.
  31. Procédé selon la revendication 30, l'étape de direction comprenant les étapes de direction d'un courant d'air dans une première direction dans une première zone de la pluralité de zones (16) et de direction d'un courant d'air dans une deuxième direction dans une deuxième zone de la pluralité de zones (16), l'étape de transfert de la pièce moulée comprenant l'étape de transfert tour à tour de la pièce moulée à travers les première et deuxième zones.
  32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 31, l'étape de récupération ayant lieu avant toute mesure de refroidissement majeur de la partie de noyau de sable détachée.
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